Biosynthesis ng proteins at nucleic acid mangailangan nitroheno gayunpaman atmospheric nitrogen ay hindi magagamit sa eukaryotes para sa organic synthesis. Ilang prokaryote lamang (tulad ng cyanobacteria, clostridia, archaea atbp) ay may kakayahang ayusin ang molekular na nitrogen na abundantly magagamit sa atmospera. Ilang nitrogen-fixing bakterya nabubuhay sa loob ng mga eukaryotic na selula sa symbiotic na relasyon bilang mga endosymbionts. Halimbawa, ang cyanobacteria Candidatus Atelocyanobacterium thalassa (UCYN-A) ay isang endosymbiont ng unicellular microalgae Braarudosphaera bigelowii sa mga sistema ng dagat. Ang ganitong natural na kababalaghan ay naisip na may mahalagang papel sa ebolusyon ng eukaryotic selda organelles mitochondria at chloroplasts sa pamamagitan ng pagsasama ng endosymbiotic bacteria sa eukaryotic cell. Sa isang kamakailang nai-publish na pag-aaral, natuklasan ng mga mananaliksik na ang cyanobacteria "UCYN-A” ay malapit na isinama sa eukaryotic microalgae Braarudosphaera bigelowii at umunlad mula sa isang endosymbiont hanggang sa nitrogen-fixing eukaryotic cell organelle na pinangalanang nitroplast. Gumawa ito ng microalgae Braarudosphaera bigelowii ang unang kilalang nitrogen-fixing eukaryote. Ang pagtuklas na ito ay nagpalawak ng pag-andar ng pag-aayos ng atmospheric nitrogen mula sa mga prokaryote hanggang sa mga eukaryote.
Symbiosis ibig sabihin, ang mga organismo ng iba't ibang uri ng hayop na nagbabahagi ng tirahan at naninirahan nang magkasama, ay isang pangkaraniwang natural na kababalaghan. Ang mga kasosyo sa symbiotic na relasyon ay maaaring makinabang sa isa't isa (mutualism), o ang isa ay maaaring makinabang habang ang isa ay nananatiling hindi apektado (commensalism) o ang isa ay nakikinabang habang ang isa ay napinsala (parasitism). Ang symbiotic na relasyon ay tinatawag na endosymbiosis kapag ang isang organismo ay naninirahan sa loob ng isa, halimbawa, isang prokaryotic cell na naninirahan sa loob ng isang eukaryotic cell. Ang prokaryotic cell, sa ganitong sitwasyon, ay tinatawag na endosymbiont.
Ang endosymbiosis (ibig sabihin, internalization ng mga prokaryote ng isang ancestral eukaryotic cell) ay gumanap ng isang mahalagang papel sa ebolusyon ng mitochondria at chloroplasts, ang cell-organelles na katangian ng mas kumplikadong eukaryotic cells, na nag-ambag sa paglaganap ng mga eukaryotic na anyo ng buhay. Ang isang aerobic proteobacterium ay pinaniniwalaang pumasok sa ancestral eukaryotic cell upang maging isang endosymbiont sa panahong ang kapaligiran ay lalong nagiging mayaman sa oxygen. Ang kakayahan ng endosymbiont proteobacterium na gumamit ng oxygen upang gumawa ng enerhiya ay nagpapahintulot sa host eukaryote na umunlad sa bagong kapaligiran habang ang iba pang mga eukaryote ay nawala dahil sa negatibong presyon ng pagpili na ipinataw ng bagong kapaligiran na mayaman sa oxygen. Sa kalaunan, ang proteobacterium ay isinama sa host system upang maging isang mitochondrion. Katulad nito, ang ilang photosynthesising cyanobacteria ay pumasok sa ancestral eukaryotes upang maging endosymbiont. Sa takdang panahon, na-assimilated sila sa eukaryotic host system upang maging mga chloroplast. Ang mga eukaryote na may mga chloroplast ay nakakuha ng kakayahang ayusin ang atmospheric carbon at naging mga autotroph. Ang ebolusyon ng carbon-fixing eukaryotes mula sa ancestral eukaryotes ay isang pagbabago sa kasaysayan ng buhay sa mundo.
Kinakailangan ang nitrogen para sa organikong synthesis ng mga protina at nucleic acid gayunpaman ang kakayahang ayusin ang atmospheric nitrogen ay limitado lamang sa ilang mga prokaryote (tulad ng ilang cyanobacteria, clostridia, archaea atbp). Walang kilalang mga eukaryote ang maaaring nakapag-iisa na ayusin ang nitrogen sa atmospera. Ang mutualistic na endosymbiotic na relasyon sa pagitan ng nitrogen-fixing prokaryotes at carbon-fixing eukaryotes na nangangailangan ng nitrogen para lumaki ay makikita sa kalikasan. Ang isang tulad na halimbawa ay ang pakikipagtulungan sa pagitan ng cyanobacteria Candidatus Atelocyanobacterium thalassa (UCYN-A) at ang unicellular microalgae Braarudosphaera bigelowii sa marine system.
Sa isang kamakailang pag-aaral, ang endosymbiotic na relasyon sa pagitan ng cyanobacteria Candidatus Atelocyanobacterium thalassa (UCYN-A) at ang unicellular microalgae Braarudosphaera bigelowii ay inimbestigahan gamit ang soft x-ray tomography. Ang visualization ng cell morphology at paghahati ng alga ay nagsiwalat ng isang coordinated cell cycle kung saan ang endosymbiont cyanobacteria ay nahahati nang pantay-pantay tulad ng paraan ng chloroplast at mitochondria sa isang eukaryote divide sa panahon ng cell division. Ang pag-aaral ng mga protina na kasangkot sa mga aktibidad ng cellular ay nagsiwalat na ang isang malaking bahagi ng mga ito ay na-encode ng genome ng algae. Kabilang dito ang mga protina na mahalaga para sa biosynthesis, paglaki ng cell, at paghahati. Ang mga natuklasang ito ay nagmumungkahi na ang endosymbiont cyanobacteria ay malapit na isinama sa host cellular system at lumipat mula sa isang endosymbiont sa isang ganap na organelle ng host cell. Bilang kinahinatnan, nakuha ng host algal cell ang kakayahang ayusin ang atmospheric nitrogen para sa synthesis ng mga protina at nucleic acid na kinakailangan para sa paglaki. Ang bagong organelle ay pinangalanan nitroplast dahil sa kakayahan nitong ayusin ang nitrogen.
Ginagawa nito ang unicellular microalgae Braarudosphaera bigelowii ang unang nitrogen-fixing eukaryote.Ang pag-unlad na ito ay maaaring magkaroon ng implikasyon para sa agrikultura at industriya ng kemikal na pataba sa katagalan.
***
Sanggunian:
- Coale, TH et al. 2024. Nitrogen-fixing organelle sa isang marine alga. Agham. 11 Abr 2024. Vol 384, Isyu 6692 pp. 217-222. DOI: https://doi.org/10.1126/science.adk1075
- Massana R., 2024. Ang nitroplast: Isang nitrogen-fixing organelle. AGHAM. 11 Abril 2024. Vol 384, Isyu 6692. pp. 160-161. DOI: https://doi.org/10.1126/science.ado8571
***
